TEG dengan 7 termoelektrik rangakaian seri untuk charger handphone - USD Repository

  TEG DENGAN 7 TERMOELEKTRIK RANGKAIAN SERI UNTUK CHARGER HANDPHONE TUGAS AKHIR Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Mesin Disusun oleh: Alden Tulak NIM : 085214041 PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

  

TEG WITH SEVEN THERMOELECTRIC CIRCUIT SERIES FOR

HANDPHONE CHARGER

A FINAL PROJECT

Presented as partial fulfillement of requirement to obtain the Sarjana Teknik

in Mechanical Enginering

  

By :

Alden Tulak

NIM : 085214041

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

  

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2013

  

ABSTRAK

  Tugas akhir ini dibuat untuk membantu pemecahan masalah pada masyarakat di daerah terpencil yang belum terjangkau aliran listrik dan memberikan kemudahan bagi masyarakat untuk mengisi baterai handphone dengan menggunakan TEG. Tujuan penelitian ini adalah (a) merancang dan membuat peralatan thermoelektrik generator untuk charger handphone mempergunakan 7 termoelektrik dengan rangkaian seri, (b) mengetahui pengaruh debit aliran air terhadap selisih suhu antara sisi panas dan suhu sisi dingin dari peralatan thermoelektrik generator, (c) mengetahui pengaruh debit aliran air terhadap arus listrik yang dihasilkan tegangan kerja 5 volt.

  Dalam penelitian termoelektrik generator untuk charger HP ini menggunakan 7 buah termolektrik TEC-12706 yang disusun seri dengan variasi debit air 0,8 liter/ menit, debit air 1,5 liter/menit dan debit air 2 liter/menit. Untuk menyerap panas api pada sisi panas termoelektrik digunakan plat atau heatsink aluminium dan pada sisi dingin digunakan kotak bak penampung air alumininium.

  Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa : (a) termoelektrik generator telah berhasil dibuat dan dapat dipergunakan untuk

  

Charger Handphone yang bekerja pada tegangan sekitar 5 Volt (b) selisih suhu

  antara sisi panas dan sisi dingin dari thermoelektrik generator (∆T) saat keadaan stabil adalah 10 ᴼC untuk debit 1,5 liter/menit, 9,1 ᴼC untuk 2 liter/menit, untuk debit 0,8 liter/menit nilai ∆T ≤ 68ᴼC hanya diberikan 32 menit pertama, (c) nilai

  Arus listrik yang dihasilkan temoelektrik generator saat keadaan stabil adalah 131mA untuk debit 0,8 liter/menit, 119 mA untuk debit air 1,5 liter/menit, 132,5 untuk debit air 2 liter/menit.

  

MOTTO

  Pendaki cerdas tidak menjadikan Puncak Gunung sebagai Tujuan tetapi bagaimana proses untuk naik dan turun dengan Selamat dan Bahagia Sahabat adalah investasi terbesarmu, harga kehidupan adalah kebersamaan

  Jangan menyerah pada rasa takutmu, kalau kau menyerah kau tidak akan bisa berkomunikasi dengan hatimu

KATA PENGANTAR

  Puji dan syukur atas rahmat Tuhan Yang Penyayang atas segala kasih sayangNya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Penulis menyadari selama proses penyusunan Tugas Akhir ini ada banyak hambatan dan kesulitan yang dihadapi, namun semua itu dapat dilalui berkat bantuan semangat dan motivasi dari berbagai pihak. Untuk itu, penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:

  1. Paulina Heruningsih Prima Rosa S.Si., M.Sc selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  2. Ir. PK. Purwadi, M.T. Selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta, Dosen Pembimbing Akademik sekaligus Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang telah banyak memberi motivasi selama kuliah dan proses penyelesaian tugas akhir ini.

  3. Seluruh Dosen dan karyawan Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains Dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta 4. Keluargaku bapak dan ibuku yang tetap menjadi idolaku, kakak-kakakku atas kasih sayang yang tak terhingga.

  5. Anna atas cinta, kasih sayang dan semangat besarnya.

  6. Sahabat terbaikku Badrun, Deus, Jhon trimakasih atas kepedulian kalian tentang pendidikanku.

  7. Seluruh anggota Panti asuhan Jaja trimakasih atas suka duka dan kebersamaannya.

  8. Semua anggota Kalongday Explorer Team buat semangat dan persaudaraannya.

  9. Teman terbaikku Ryan, Sihol, Si Mbah, Ita’, Rambo, Kacang atas persaudaraan kalian.

  10. Scooter Platoon, Si Boy dan belalang tempur atas teman di jalanan.

  11. Seluruh Mahasiswa Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains Dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta

  Penulis mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun demi perbaikan di masa mendatang. Akhirnya penulis berharap semoga Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat bagi pembaca.

  Yoyakarta, 9 September 2013 Penulis

  

DAFTAR ISI

  HALAMAN JUDUL ...................................................................................... i HALAMAN JUDUL (INGGRIS). ................................................................... ii HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING. ............................................. iii HALAMAN PENGESAHAN ......................................................................... iv PERNYATAAN KEASLIAN KARYA. ........................................................ v PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI. ........................................... vi ABSTRAK. ...................................................................................................... vii MOTTO. .......................................................................................................... viii KATA PENGANTAR .................................................................................... ix DAFTAR ISI .................................................................................................... xi DAFTAR TABEL. ........................................................................................... xiv DAFTAR GAMBAR. ...................................................................................... xv BAB I. PENDAHULUAN ..............................................................................

  1

  1.1

  1 Latar Belakang .....................................................................................

  1.2

  2 Tujuan ..................................................................................................

  1.3

  3 Rumusan Masalah ...............................................................................

  1.4

  3 Batasan Masalah .................................................................................

  1.5

  4 Manfaat. ...............................................................................................

  BAB II. DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA ...............................

  5

  2.1

  5 Dasar Teori ..........................................................................................

  2.1.1 Perpindahan Kalor Konduksi ......................................................

  6

  2.1.3 Thermoelektrik ............................................................................

  9 2.1.3.1 Efek Seebeck. ....................................................................

  11 2.1.3.2 Efek Peltier. .......................................................................

  12 2.1.3.3 Efek Thomson ...................................................................

  12

  2.1.3.4 Thermoelektrik Generator (TEG). .................................... 13 2.1.3.5 Arus dan Tegangan. ..........................................................

  15 2.1.3.6 IC Regulator 7805. ............................................................

  17

  2.2 TINJAUAN PUSTAKA ..................................................................... 18

  BAB III. RANCANGAN ALAT, PROSES PEMBUATAN ALAT DAN METODE PENELITIAN .......................................................

  20

  3.1 Rancangan Alat Charger HP ............................................................... 20 3.1.1.

  Detil Pembangkit Listrik Termolektrik. .............................. 20 3.1.2. Penjelasan Cara Kerja Charger HP ...................................... 21 3.2 Skema Pengujian Alat .......................................................................

  22 3.2.1. Gambar Skema. .....................................................................

  22

  3.2.2. Penjelasan Cara Kerja. .......................................................... 22 3.3 Proses Pembuatan Alat .......................................................................

  23

  3.3.1 Bahan Rancangan, Bahan Penelitian dan Alat

• – alat yang digunakan.................................................... 23 3.3.2 Sarana dan Alat-alat yang digunakan ....................................

  24 3.3. 3 Langkah-langkah Pengerjaan ................................................

  24

  3.3.3.1 Persiapan………………………………………………. 24

  3.4 Metodologi Penelitian……………………………………………….. 26

  3.4.1 Skematis Pengujian …………………………………………… 26

  3.4.2 Variasi Penelitian……………………………………………… 26

  3.4.3 Cara Memperoleh Data……………………………………… 26

  3.4.4 Cara Mengolah dan Menganalisa Data……………………… 26

  3.4.5 Cara Menyimpulkan…………………………………………… 26 BAB IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ...............................

  28 4.1 Hasil Penelitian. ..................................................................................

  28 4.1.1 Data Penelitian Variasi I. ........................................................

  28 4.1.2 Data Penelitian Variasi II. ......................................................

  31 4.1.3 Data Penelitian Variasi III. .....................................................

  34 4.2 Pembahasan. .......................................................................................

  38 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN. .........................................................

  41

  5.1 Kesimpulan. ........................................................................................ 41 5.2 Saran ...................................................................................................

  41 DAFTAR PUSTAKA .....................................................................................

  42 LAMPIRAN …………………………………………………………… . 43

  

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data hasil penelitian untuk debit air 0,8 liter/menit

  .. .……………......29

Tabel 4.2 Data hasil penelitian untuk debit air 1,5 liter/menit

  …………………. 32 Tabel 4.3 Data hasil penelitian untuk debit air 2 liter/menit. ...........................

  … 35

  DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Skema Rangkaian Peltier .............................................................

  3 Gambar 2.1 Perpindahan Kalor secara Konduksi. ...........................................

  7 Gambar 2.2 Perpindahan Kalor secara Konveksi. ...........................................

  9 Gambar 2.3 Termoelektrik ...............................................................................

  11 Gambar 2.4 Skema Termoelektrik Generator ..................................................

  14 Gambar 2.5 IC Regulator 7805 .......................................................................

  18 Gambar 3.1 Rancangan Charger HP ................................................................

  20 Gambar 3.2 Detil Pembangkit Listrik Termoelektrik. .....................................

  20 Gambar 3.3 Skema pengujian Alat. .................................................................

  22 Gambar 3.4 Bak penampung Air ....................................................................

  25 Gambar 3.5 Rangka. ........................................................................................

  26 Gambar 4.1 Hubungan antara Selisih suhu Th dan Tc dengan Waktu pada debit air 0,8 liter/menit ................................................................

  30 Gambar 4.2 Hubungan antara Tegangan dan Waktu pada debit air 0,8 liter/menit ................................................................

  30 Gambar 4.3 Hubungan antara Arus dan Waktu pada debit air 0,8 liter/menit .

  31 Gambar 4.4 Hubungan antara selisih suhu Th dan Tc dengan Waktu pada debit air 1,5 liter/menit ................................................................

  33

  debit air 1,5 liter/menit ................................................................

  33 Gambar 4.6 Hubungan antara Arus dan Waktu pada debit air 1,5 liter/menit .

  34 Gambar 4.7 Hubungan antara selisih suhu Th dan Tc dengan Waktu pada debit air 2 liter/menit ...................................................................

  36 Gambar 4.8 Hubungan antara Tegangan dan Waktu pada debit air 2 liter/menit ...................................................................

  36 Gambar 4.9 Hubungan antara Arus dan Waktu pada debit air 2liter/menit .....................................................................

  37 Gambar 4.10 Hubungan antara ∆T dengan Waktu pada berbagai Debit Air…. 39

Gambar 4.11 Hubungan antara Tegangan dengan Waktu pada berbagai debit air…………………………………………………………… 41Gambar 4.12 Hubungan antara Arus dengan Waktu pada berbagai debit Air… 42

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

  Sistem komunikasi pada saat ini sudahlah sangat berkembang. Salah satu alat yang sangat banyak digunakan adalah telepon genggam yang sering disebut

  

handphone . Handphone merupakan alat komunikasi yang paling banyak

  digunakan dalam kehidupan sehari-hari pada saat ini. Keberadaan handphone seakan tidak bisa digantikan dengan alat komunikasi lainnya karena sifatnya yang praktis dan dapat dibawa kemana-mana. Penggunaan handphone secara terus menerus tentu mengurangi sumber daya pada baterai yang digunakannya.

  Untuk itu perlu dilakukan charging baterai handphone, yang biasanya menggunakan adaptor yang menggunakan sumber daya ac dari jala-jala PLN yang ada di rumah-rumah. Sedangkan pada keadaan tertentu pengguna handphone belum tentu berada di rumah atau di tempat yang menyediakan sumber daya ac serta sering adanya pemadaman listik, sehingga ketika baterai habis, pengguna bisa mengisi baterai. Demikian juga terjadi saat pengguna berada di daerah terpencil atau di pegunungan yang tidak tersedia sumber listriknya.

  Melihat sekarang ini krisis energi menjadi masalah besar bagi manusia. Energi tak terbarukan yang semakin habis cadangannya, sementara kebutuhan manusia akan energi tak terbarukan cukup tinggi. Karena itulah dibutuhkan sebuah teknologi untuk mengatasi krisis energi. Media yang menarik untuk kita cermati untuk mengatasi peyediaan sumber daya listrik adalah termoelektrik. Teknologi termoelektrik merupakan sumber alternatif dalam menjawab kebutuhan energi tersebut. Semakin majunya ilmu pengetahuan dan teknologi masa kini, manusia mulai berfikir untuk menciptakan suatu piranti yang dapat memenuhi kebutuhan hidupnya. Karenanya, mereka semakin kreatif untuk mengembangkan alat-alat dalam pemenuhan kebutuhan hidup sehari-hari dengan teknologi tepat guna.

  Termoelektrik adalah salah satu piranti yang dapat mengkonversi panas menjadi energi listrik atau sebaliknya energi listrik menjadi panas. Pada prinsipnya termoelektrik dalam mengkonversi panas menjadi energi listrik dengan menggunakan efek Seebeck. Pada saat ini penggunaan termoelektrik banyak digunakan sebagai alat untuk pendinginan atau pemanas,yang jarang digunakan adalah termoelektrik sebagai pembangkit listrik.

1.2. Tujuan

  Tujuan tugas akhir ini adalah : 1.

  Merancang dan membuat peralatan thermoelektrik generator untuk

  charger handphone mempergunakan 7 termoelektrik dengan rangkaian seri.

  2. Mengetahui pengaruh debit aliran air terhadap selisih suhu antara sisi panas dan suhu sisi dingin dari peralatan thermoelektrik generator.

  3. Mengetahui pengaruh debit aliran air terhadap arus listrik yang dihasilkan tegangan kerja 5 volt.

  1.3. Rumusan Masalah

  Direncanakan merancang charger handphone dengan menggunakan 7 termoelektrik. Susunan termoelektrik adalah seri seperti yang tertera pada Gambar

  1.1 Sumber panas berasal dari api berbahan bakar spiritus, sisi dingin bersentuhan dengan bak penampung berisi air.

  VA

  VB Keterangan : = termoelektrik

Gambar 1.1. Skema rangkaian termoelektrik

  1.4. Batasan Masalah

  Pembatasan masalah pada penelitian ini meliputi : 1. Merancang dan membangun alat generator dengan menggunakan elemen termoelektrik. Alumunium heatsink sebagai media penghantar panas pada sisi panas dan bak alumunium sebagai pendingin pada sisi dingin.

  2. Penggunaan api sebagai sumber panas (diasumsikan panasnya konstan).

  3. Penggunaan Amperemeter dan voltmeter digital sebagai pengukur dan tegangan yang dihasilkan alat generator termoelektrik.

  4. Elemen peltier yang digunakan sebanyak 7 buah yang dirangkai seri.

  Kondisi 7 elemen peltier sama.

1.5. Manfaat

  Manfaat dari penelitian ini meliputi : 1. Membantu pemecahan masalah pada masyarakat di daerah terpencil yang belum terjangkau aliran listrik.

  2. Memberikan kemudahan bagi masyarakat ketika komunikasi mereka terputus karena baterai habis,dapat menggunakan alat ini tanpa harus menggunakan aliran listrik dari PLN.

3. Membuat model pembangkit tenaga listrik dengan termoelektrik.

  4. Dapat digunakan sebagai referensi bagi peneliti berikutnya untuk menyempurnakan rancangan ini sehingga didapat rancangan yang memiliki nilai guna dan efisien yang tinggi.

BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Dasar Teori

  Perpindahan kalor ialah ilmu untuk meramalkan perpindahan energi yang terjadi karena adanya perbedaan suhu diantara benda atau material. Ilmu perpindahan kalor tidak hanya mencoba menjelaskan bagaimana energi kalor itu berpindah dari satu benda ke benda lain, tetapi juga dapat meramalkan laju perpindahan yang terjadi pada kondisi-kondisi tertentu. Panas telah diketahui dapat perpindah dari tempat dengan temperatur yang lebih tinggi ke tempat dengan temperatur lebih rendah. Hukum percampuran panas juga terjadi karena panas itu berpindah, sedangkan pada kalorimeter, perpindahan panas dapat terjadi dalam bentuk pertukaran panas dengan luar sistem. Jadi pemberian atau pengurangan panas tidak saja mengubah temperatur atau fasa zat suatu benda secara lokal, melainkan panas itu merambat ke atau dari bagian lain atau tempat lain. Peristiwa ini disebut dengan perpindahan panas. Menurut penyelidikan, perpindahan tenaga panas dapat dibagi dalam beberapa golngan cara perpindahan. Panas itu dapat merambat dari suatu bagian ke bagian lain melalui zat atau benda yang diam. Panas juga dibawah oleh partikel-partikel zat yang mengalir. Pada radiasi panas, tenaga panas berpidah melalui pancaranyang merupakan juga satu cara perpindahan panas. Umumnya perpindahan panas berlangsung sekaligus dengan ketiga cara ini. Perpindahan panas melalui cara pertama yang disebut perpindahan panas melalui konduksi. Cara kedua, perpindahan panas melalui

2.1.1 Perpindahan Kalor Konduksi

  Tenaga panas dari suatu bagian benda bertemperatur lebih tinggi akan mengalir melalui zat benda itu ke bagian lain yang bertemperatur lebih rendah.

  Perpindahan panas secara ini disebut konduksi panas, arus panasnya adalah arus panas konduksi dan zatnya itu mempunyai sifat konduksi panas. Berlangsungnya konduksi panas melalui zat dapat diketahui oleh perubahan temperatur yang terjadi.Konduksi thermal pada logam-logam padat terjadi akibat gerakan elektron yang terikat dan konduksi thermal mempunyai hubungan dengan konduktivitas listrik.

  Ditinjau dari sudut teori molekuler, yakni benda atau zat terdiri dari molekul, pemberian panas pada zat menyebabkan molekul itu bergetar. Getaran ini makin bertambah jika panas ditambah, sehingga tanaga panas berubah menjadi tenaga getaran. Molekul yang bergetar ini tetap pada tempatnya tetapi getaran yang lebih hebat ini akan menyebabkan getaran yang lebih kecil dari molekul di sampingnya, bertambah getarannya, dan demikian seterusnya sehingga akhirnya getaran molekul pada bagian lain benda itu akan naik dan kita lihat bahwa panas berpindah ke tempat lain. Jadi pada konduksi panas, tenaga panas dipindahkan dari satu partikel zat ke partikel disampingnya berturut

• –turut sampai mencapai bagian lain zat yang bertemperatur lebih rendah.

  Pemanasan pada logam berarti pengaktifan gerakan molekul, sedangkan pendinginan berarti pengurangan gerakan molekul. Contoh perpindahan kalor secara konduksi antara lain: perpindahan kalor pada logam cerek pemasak air atau

  batang logam pada dinding tungku. Laju perpindahan kalor secara konduksi sebanding dengan gradien suhu. q A

  T T

  1

  2

  dX

Gambar 2.1 Perpindahan Kalor Secara Konduksi

  Dinyatakan dengan rumus :

• q= k A (dT / dX) ...................................................................................... (2.1.a) q = k A dT / dX ........................................................................ ..... (2.1.b) q = k A (T

  1 -T 2 ) / dX...................................................................... ..... (2.1.c)

  Keterangan : q = laju aliran kalor konduksi (W)

  o

  T

  1 = suhu dinding kiri (

  C)

  o

  T = suhu dinding kanan (

  C)

  2

  dX = tebal plat (m)

  2 A = luas permukaan plat yang tegak arah perpindahan kalor (m )

  Tanda (-) digunakan untuk memenuhi hukum II Thermodinamika yaitu “Kalor mengalir ke tempat yang lebih rendah dalam skala temperatur” (Holman,1986).

2.1.2 Perpindahan Kalor Konveksi

  Konveksi panas terjadi karena partikel zat yang bertemperatur lebih tinggi berpindah tempat secara mengalir sehingga dengan sendirinya terjadi perpindahan panas melalui perpindahan massa. Airan zat atau fluida, dapat berlangsung sendiri sebagai akibat perbedaan massa jenis karena perbedaan temperatur, dan dapat juga sebagai akibat paksaan melalui pompa kompresor, sehingga kita mengenal aliran zat atau fluida bebas dan paksaan. Konveksi panas pada aliran bebas disebut konveksi bebas dan pada aliran paksaan disebut konveksiaksaan.

  Pada konveksi paksaan, sifat konveksi tentu bergantung kepada bentuk dan cara paksaan itu. Bergantung kepada kecepatan aliran dan bentuk saluran, kita mengenal aliran yang disebut aliran liminer atau stream-line dan aliran turbulen. Aliran liminer terjadi pada arus berkecepatan kecil sehingga partikel zat bergerak menurut garis yang kira-kira sejajar, berbentuk lengkungan kontinu yang mengikuti bentuk saluran. Hal ini dapat diselidiki dengan membubuhi zat warna pada aliran itu. Pada kecepatan aliran yang besar partikel zat bergerak secara bergolak dan kita peroleh aliran turbulen. Batas kedua jenis aliran ini tidak tajam dan jelas dan penentu jenis aliran dilakukan menurut rumus empiris. Konveksi panas pada kedua jenis aliran ini berbeda. q= h A ( T s -T

  ∞ )……………………………………………….(2.2)

  Dimana, q = laju aliran kalor konveksi (W)

  A = luas permukaan yang bersentuhan dengan fluida(m)

  o

  T s = suhu permukaan (

  c) T = suhu fluida

  ∞

  Perpindahan kalor secara konveksi perbedaannya dengan perpindahan kalor secara konduksi adalah melalui media yang bergerak seperti fluida.

  aliran

  Arus bebas T

   u

   q u

  T w dinding

Gambar 2.2 Perpindahan Kalor Secara Konveksi (Holman, 1993)

  Suhu plat ialah T dan suhu fluida T . Kecepatan aliran adalah seperti

  w ∞

  tergambar, yaitu nol pada muka plat sebagai akibat aksi kental viskos. Oleh karena kecepatan lapisan fluida pada dinding adalah nol, maka disini kalor hanya _. dapat berpindah dengan cara konduksi saja

2.1.3 Thermoelektrik

  Teknologi termoelektrik adalah teknologi yang bekerja dengan mengkonversi energi panas menjadi listrik secara langsung (generator termoelektrik), atau sebaliknya, dari listrik menghasilkan dingin (pendingin termoelektrik). Termoelektrik terbuat dari solid state material (material zat padat)

  (efek Seebeck), atau sebaliknya (efek Peltier). Pada skala atom, perbedaan temperatur menyebabkan muatan pembawa berdifusi dari permukaan panas menuju ke permukaan dingin. Efek termoelektrik dapat dibagi berdasarkan tiga kelompok, yakni: efek Seebeck, efek Peltier, dan efek Thomson.

  Pada dasarnya prinsip kerja alat ini sama seperti mesin panas. Pada mesin diesel maupun mesin bensin, energi yang ada pada bahan bakar dirubah menjadi tekanan uap yang mampu menggerakkan piston. Prinsip yang sama terjadi pada piranti temoelektrik yang mampu merubah perbedaan temperatur menjadi beda potensial, yang dapat menghantarkan arus listrik. Hubungan yang sama juga terdapat pada mesin pendingin, dimana beda potensial dapat menyebabkan perbedaan temperatur pada kedua sisi piranti termoelektrik.

  Untuk menghasilkan listrik, material termoelektrik cukup diletakkan

sedemikian rupa dalam rangkaian yang menghubungkan sumber panas dan dingin.

  

Dari rangkaian itu akan dihasilkan sejumlah listrik sesuai dengan jenis bahan yang

dipakai. Prinsip kerja dari termoelektrik adalah dengan berdasarkan Efek Seebeck

yaitu jika 2 buah logam yang berbeda disambungkan salah satu ujungnya,

kemudian diberikan suhu yang berbeda pada sambungan, maka terjadi perbedaan

tegangan pada ujung yang satu dengan ujung yang lain.

Gambar 2.3 Termoelektrik

2.1.3.1 Efek Seebeck

  Jika dua buah logam yang berbeda disambungkan salah satu ujungnya,kemudian diberikan suhu yang berbeda pada sambungan, maka terjadi perbedaan tegangan pada ujung yang satu dengan ujung yang lain. Fenomena ini pertama kali ditemukan oleh Seebeck sehingga disebut efek Seebeck atau umumnya dikenal dengan nama prinsip termokopel. Tegangan yang dihasilkan ini sebanding dengan perbedaan temperatur diantara dua sisi

  Semakin besar perbedaan temperatur, semakin besar tegangan diantara junction. Koefisien Seebeck disimbolkan dengan huruf dengan

  α (Snyder, 2008).

  Perbedaan temperatur disimb olkan dengan ∆T dan beda potensial yang dihasilkan adalah ∆V) maka koefisien Seebeck dituliskan,

  

∆

α = …………………………………..(2.3)

  

∆ Koefisien Seebeck merupakan parameter yang sangat penting untuk mengetahui efisiensi dari bahan termoelektrik.

  2.1.3.2 Efek Peltier

  Efek Peltier diambil dari nama Jean-Charles Peltier, seorang fisikawan Perancis yang menemukan efek kalorik dan arus listrik pada sambungan dua material logam yang berbeda pada tahun 1834. Koefisien ini menggambarkan seberapa banyak panas yang dialirkan tiap muatan listrik. Walaupun arus listrik terus diberikan pada rangkaian, perbedaan temperatur akan menemukan nilai yang konstan. Hal yang menarik adalah efek yang diberikan pada saat transfer panas bergantung dari polaritas arus yang diberikan, membalikkan arah arus listrik dapat merubah arah transfer panas ke bagian yang lain. Pendingin Peltier juga dapat disebut Thermoelectric Cooler (TEC).

  2.1.3.3 Efek Thomson

  Efek Thomson telah diprediksi dan diamati oleh William Thomson pada tahun 1851. Efek ini menggambarkan pemanasan atau pendinginan dari konduktor berarus listrik dengan perbedaan temperatur. Setiap konduktor berarus listrik (kecuali superkonduktor) jika memiliki perbedaan temperatur antara dua titik, akan menyerap atau memancarkan panas, tergantung pada material.

  Dalam logam seperti seng dan tembaga, jika dia lebih bersuhu panas pada potensial yang lebih tinggi dan bersuhu dingin pada ujung potensial yang lebih rendah, ketika arus bergerak dari ujung panas ke ujung dingin, arus bergerak dari efek Thomson positif. Dalam logam seperti kobalt, nikel, dan besi, yang memiliki ujung dingin pada potensial yang lebih tinggi dan ujung panas pada potensial yang lebih rendah, ketika arus bergerak dari ujung panas ke ujung dingin, arus bergerak dari potensial rendah ke potensial tinggi, ada penyerapan panas.

  Efek Seebeck merupakan perpaduan dari efek Peltier dan efek Thomson. Pada tahun 1854 Thomson menemukan dua hubungan baru, sekarang bisa kita sebut dengan hubungan Thomson atau hubungan Kelvin, antara koefisien yang salingberhubungan. Jika T merupakan temperatur mutlak maka,

  Π =S . T persamaan inilah yang telah diprediksi oleh efek Thomson. Mereka berhubungan dengan koefisien Thomson

  μ dengan hubungan,

  =

2.1.3.4 Thermoelectric Generator ( TEG )

  Pembangkit thermoelektrik (TEG) adalah suatu pembangkit listrik yang didasarkan pada efek seebect,yang pertama kali ditemukan pada tahun 1821 oleh Thomas Johan Seebect, ia menghubungkan tembaga dan besi dalam sebuah rangkaian. Diantara kedua logam tersebut diletakkan jarum kompas. Ketika sisi logam tersebut dipanaskan jarum tersebut ternyata bergerak. Hal ini terjadi oleh karena aliran listrik yang terjadi pada logam menimbulkan medan magnet.medan magnet inilah yang menggerakkan jarum kompas tersebut. Femnomena tersebut kemudian di kenal sebagai effect Seebeck.

Gambar 2.4 Skema Termoelektrik Generator

  Gambar skema pada termoelektrik generator yang terdiri dari susunan elemen tipe-n ( material dengan kelebihan electron) dan tipe

• –p (material dengan kekurangan electron) panas masuk pada satu sisi dan dibuang pada sisi yang lainnya, mengasilkan suatu tegangan yang melewati sambungan termoelektrik. Besarnya tegangan yang dihasilkan sebanding dengan gradien temperatur. Daya yang dihasilkan oleh TEG sangat bergantung pada perbedaan temperatur yang didapatkan, semuanya ini juga berhubungan dengan efisiensi dari termoelektrik itu sendiri. Jika perbedaan temperaturnya semakin besar maka daya keluarannya juga ikut besar hingga titik maksimum efisiensi peltier tersebut. Jadi kemungkinan walau perbedaan temperaturnya sangat besar tetapi daya yang dihasilkan lebih kecil. Nilai efisiensi modul termoelektrik dapat ditingkatkan dengan cara memberi penggunaan heatsink, fan atau bak air diatas sisi dingin modul untuk menjaga

2.1.3.5 Arus dan Tegangan

  Arus listrik merupakan banyaknya muatan listrik yang mengalir tiap satuan waktu. Muatan listrik bisa mengalir melalui kabel atau penghantar listrik lainnya. Arus listrik dapat terjadi karena adanya aliran elektron dimana tiap electron mempunyai muatan yang besarnya sama. Jika kita mempunyai benda bermuatan negatif berarti benda tersebut mempunyai kelebihan elektron dan sebaliknya jika kita memiliki benda bermuatan positif berarti benda tersebut kekurangan elektron. Derajat termuatinya benda tersebut diukur dengan jumlah kelebihan elektron yang ada. Muatan sebuah elektron sering dinyatakan dengan simbol q atau e, dinyatakan dengan satuan coulomb.

  Pada dasarnya dalam kawat penghantar terdapat aliran elektron dalam jumlah yang dangat besar, jika jumlah elektron yang bergerak ke kanan dan ke kiri sama besar maka seolah-olah tidak terjadi apa-apa. Akan tetapi jika ujung sebelah kanan kawat menarik elektro sedangkan ujung sebelah kiri melepaskannya maka akan terjadi aliran elektron ke kanan (tetapi dalam hal ini disepakati bahwa arah arus bergerak berlawanan, yakni ke kiri). Aliran elektron ini yang selanjutnya disebut aliran listrik. Arus listrik dapat dibedakan menjadi 2, yaitu :

   Arus searah (Direct Current / DC), yaitu arus yang mempunyai nilai tetap atau konstan terhadap satuan waktu.

   Arus bolak-balik (Alternating Current / AC), yaitu arus yang mempunyai nilai berubah terhadap satuan waktu dengan karakteristik akan selalu Simbol arus adalah I,sedangkan satuannya arus adalah Ampere. Dengan persamaan :

  I = dQ/dt I = Arus listrik dalam ampere Q = Muatan Listrik dalam coulomb t = Waktu dalam detik

  Tegangan adalah perbedaan potensi listrik antara dua titik dalam rangkaian listrik, dinyatakan dalam satuan volt. Besaran ini mengukur energi potensial sebuah medan listrik untuk menyebabkan aliran listrik dalam sebuah konduktor listrik. Tergantung pada perbedaan potensi listrik satu tegangan listrik dapat dikatakan sebagai ekstra rendah, rendah, tinggi atau ekstra tinggi. Terdapat dua cara memandang beda potensial, yaitu : 1.

  Tegangan turun/voltage drop Jika dipandang dari potensial lebih tinggi ke potensial lebih rendah.

2. Tegangan naik/voltage rise Jika dipandang dari potensial lebih rendah ke potensial lebih tinggi.

  Simbol tegangan adalah V (voltage). Sedangkan Satuan Internasional untuk tegangan adalah Volt.

  Persamaan matematik untuk tegangan adalah: V= I .R

  V = Tegangan dalam volt (V) R = Resistansi dalam ohm (Ω)

2.1.3.6 IC Regulator 7805

  IC regulator 7805 berfungsi sebagai penstabil tegangan dengan nilai penstabilan tertentu. Apabila tegangan masukan (input) lebih besar dari nilai penstabilan IC maka keluaran (output) akan distabilkan sesuai dengan nilai penstabilan IC tersebut. Contoh IC penstabil tegangan yang lain adalah 7806, 7809, 7812, 7815 dan lain-lain. Dua digit terakhir (angka 05 pada kode 7805) merupakan kode nilai tegangan penstabilan IC tersebut, yaitu 5 volt.

  Apabila tegangan input lebih besar dari 5 volt maka keluaran tegangan akan distabilkan menjadi 5 volt. Namun apabila tegangan input < 5 Volt maka tegangan output = tegangan input. Kaki 1 terhubung dengan positif termoelektrik generator, kaki 2 terhubung dengan negatif termoelektrik generator dan kabel konektor HP yang negatif,. Kaki 3 terhubung dengan kabel konektor charger HP yang positif.

Gambar 2.5 Skema IC 7805

2.2 Tinjauan Pustaka

  Dalam perkembangan teknologi sekarang ini banyak sekali alat digunakan untuk menunjang aktifitas kita dalam berkomunikasi, salah satunya telepon genggam yang disebut handphone. Penggunaan handphone secara terus menerus tentu mengurangi sumber daya pada baterai yang digunakannya. Untuk itu perlu dilakukan charging baterai handphone yang biasanya menggunakan adaptor yang menggunakan sumber daya ac dari jala-jala PLN yang ada di rumah-rumah. Salah satu alat yang dapat membantu proses charging tersebut dengan memanfaatkan suatu elemen peltier sebagai pembangkit energi listrik.

  Roekettino (2008) melakukan Penelitian Thermolektrik Generator menggunakan dua belas modul termoelektrik untuk aplikasi kendaraan hybrid membahas tentang termoelektrik generator yang bertujuan untuk mempelajari karakteristik alat secara realita melihat kelebihan dan kekurangan alat. Hendrata (2005) meneliti tentang termoelektrik sebagai salahsatu cara alternatif pembangkit listrik. Dalam penelitiannya sumber panas berasal dari energi surya dan pendinginannya dari heatsink.

  Simatupang (2009) melakukan penelitian tentang termolektrik untuk pembangkit listrik tenaga surya untuk memenuhi kebutuhan energi listrik terutama di daerah terpencil. Pada penelitiannya sumber panas berasal dari energi surya yang diterima oleh kolektor termal plat datar dan disimpan dalam tangki minyak.

  Muliani dkk. (2003) merancang dan meneliti refrigerator mini penelitian ini menggunakan sistem termoelektrik yang memanfaatkan Efek Peltier. Sumber arus berasal dari sel surya yang kemudian digunakan untuk pengisian baterai. Baterai inilah yang dihubungkan dengan unit pendingin.

  

BAB III

RANCANGAN ALAT, PROSES PEMBUATAN DAN

METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Rancangan Alat Charger HP Rancangan alat charger HP disajikan pada Gambar 3.1 Komponen-

  komponen alat charger HP terdiri atas rangka, saluran masuk air, bak penampung air, kompor spritus,kabel,saluran buang air dan konektor ke HP.

Gambar 3.1 Gambar Rancangan Charger HP 3.1.1.

   Detil Pembangkit Listrik Termoelektrik Detil pembangkit listrik termoelektrik disajikan pada Gambar 3.2.

  pembangkit listrik termoelektrik ini tersusun atas bak penampung air,sisi dingin termoelektrik, sisi panas termoelektrik, keluaran listrik dan heatsink

Gambar 3.2 Detil pembangkit listrik termoelektrik 3.1.2.

   Penjelasan Cara Kerja Charger HP

  Cara kerja charger hp ini sama dengan charger hp pada umumnya, hanya saja sumber energinya tidak berasal dari jala-jala PLN tetapi dari hasil efek termoelektrik yang telah dirangkai. Pada sisi panas termoelektrik digunakan sumber api dan di sisi dingin termoelektrik di digunakan air sebagai sumber pendinginnya. Untuk menyerap panas api, plat atau heatsink yang digunakan adalah heatsink alumunium. Material ini dipilih dengan pertimbangan memiliki karakteristik penghantar yang baik dengan konduktivitas termal sebesar 202 W/m

  o C atau 237 W/m K.

  Masih banyak bahan yang memiliki nilai konduktor termal bahan yang lebih tinggi dari aluminium seperti emas dan perak. Akan tetapi dari segi ekonomi, alumunium itu lebih murah dan terjangkau dibandingkan emas dan perak. Mekanisme perpindahan panas yang terjadi pada termoelektrik generator ini yaitu perpindahan panas konduksi dan perpindahan panas konveksi. Proses alumunium ke sisi panas termoelektrik dan sisi dingin termoelektrik ke bak air terjadi perpindahan panas konduksi dan perpindahan panas konveksi terjadi dari bak ke air yang mengalir.

  3.2. Skema Pengujian Alat 3.2.1. Gambar Skema

Gambar 3.3 Skema pengujian Alat 3.2.2. Penjelasan Cara Kerja

  Untuk mengalirkan air ke alat diperlukan adanya pompa air. Pompa air digunakan karena aliran didalam bak penampung mengalir secara terus-menerus, yang dimana aliran air sudah dijelaskan di atas dan untuk mendapatkan debit air yang besar pada outputnya. spiritus digunakan sebagai bahan bakar untuk sumber panas pada sisi panas termoektrik. Kran air berfungsi sebagai pengatur besar kecilnya debit air dan untuk mengukur besar debit air yang keluar menggunakan gelas ukur. Termokopel berfungsi untuk mengukur suhu pada sisi panas dan dingin Peltier. Multimeter berfungsi untuk mengukur tegangan dan arus yang dihasilkan termolektrik generator.

3.3. Proses Pembuatan Alat 3.3.1. Bahan Rancangan, Bahan Penelitian dan Alat-alat yang Digunakan 1.

  Bahan rancangan :

  a) Heatsink aluminium sebagai penghantar panas dari api ke sisi panas peltier.

  b) Bak penampung air aluminium sebagai penghantar dingin ke sisi dingin peltier.

  c) Rangka besi sebagai dudukan heatsink, bak penampung air dan kompor yang memanaskan sisi panas peltier dan sebagai penghantar dingin ke heatsink pada sisi panas

  d) Kabel portable sebagai pengantar arus dan tegangan dari alat ke hp 2.

  Bahan penelitian :

  a) Air, sebagai fluida yang akan mendinginkan sisi dingin peltier

b) Spritus sebagai bahan bakar yang digunakan.

  3. Alat-alat yang dipergunakan :

  a) Kompor spritus

  b) Pompa air, sebagai pemompa air dari bak penampungan ke bak penampung alat c)

  Thermokopel, sebagai alat pengukur suhu pada sisi dingin dan panas peltier e) Pipa paralon, sebagai penyambung dari selang bak penampung ke pompa

f) Kran, sebagai pengatur debit air.

  g) Stopwatch sebagai pengukur waktu penelitian

  h) Selang air, sebagai penyambung dari pompa air ke bak penampung air ke bak penampung alat.

3.3.2. Sarana dan Alat-alat yang Digunakan

  Sarana dan alat-alat yang digunakan untuk proses pembuatan alat ini adalah:

  1. Mesin las 2.

  Mesin bor 3. Alat penekuk plat.

  4. Palu 5.

  Gergaji besi 6. Tang 7. Obeng (- , +).

  8. Penggaris 9.

  Tang ripet 10.

  Solder bakar 3.3.3.

   Langkah-langkah Pengerjaan 3.3.3.1. Persiapan

  Sebelum memulai pembuatan alat, terlebih dahulu harus melakukan

  1. Menyiapkan gambar rancangan alat Dalam merancang dan mendesain ini dapat dilakukan dengan menggambar instalasi tersebut dengan menggunakan sketsa gambar tangan kemudian atau dengan software- software yang mendukung lainnya.

2. Menyiapkan Alat-alat dan bahan.

  Membeli segala alat dan bahan-bahan yang dibutuhkan untuk digunakan membuat alat ini.

3.3.3.2. Pengerjaan

  Dalam pelaksanaan pengerjaan, banyak hal-hal yang dikerjakan, yaitu : 1. Membuat bak penampung air plat aluminium dibuat seperti kotak penampung air

Gambar 3.4 Bak Penampung Air 2.

  Pembuatan rangka dudukan plat aluminium dan bak penampung.

  Untuk membuat rangka dilakukan dengan menggunakan las listrik.

Gambar 3.5 Rangka

3.4. Metodologi Penelitian 3.4.1. Skematis Pengujian

  Skematis pengujian alat ini telah tergambar dan dijelaskan pada poin 3.2.1 dan 3.2.2

  3.4.2. Variasi Penelitian

  Penelitian dilakukan berupa pengaturan terhadap debit air yang berbeda 3.4.3.

   Cara Memperoleh Data

  Suhu air input diukur pada keadaan standar yaitu 27°C dengan debit air yang divariasikan mengalir masuk ke dalam bak penampung dan dengan panas api yang konstan akan menghasilkan arus dan tegangan tertentu yang dicatat pula sebagai data penelitian.

  3.4.4. Cara Mengolah dan Menganalisa Data

  Dengan hasil data-data yang telah diperoleh, maka data tersebut dapat diolah. Data

• –data kemudian disajikan dalam bentuk grafik untuk memudahkan analisis. Pembuatan grafik dilakukan dengan bantuan Microsoft Office Excel.

3.4.5. Cara Menyimpulkan

  Dari grafik hasil penelitian yang telah dibuat, maka dapat diperoleh informasi yang dapat dipergunakan untuk mendapatkan kesimpulan.

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

4.1. Hasil Penelitian

4.1.1. Data Penelitian variasi I